文化特色街區網絡多導系統三維數據庫建設研究

萬華明，顧邦軍，黃 鹿，孫芳芳

（蘇州科技大學 傳媒與視覺藝術學院，江蘇 蘇州215011；蘇州科技大學 傳媒文化產業研究所，江蘇 蘇州 215011）

基于網絡多導三維實景化多媒體專業化的高新技術，為文化產業特色街區提供網絡多導三維實景化系統，為特色文化產業街區內企業提供網絡多媒體虛擬街區的新產品展示，文化特色人才，特色項目等的導航、導覽、導政、導游、導購、導賞等提供創新網絡服務平臺與商業增值模式，適時擴展為多領域數字信息化提供全面解決方案。鎮湖刺繡作為華夏民族特色的手工藝品典范，以其獨特的藝術影響力越來越受到人們的關注，其市場前景更加廣闊。與此同時，國內旅游經濟的日漸繁榮，增進了民族工藝品交易市場的活躍和強盛，更加推動了蘇繡的廣闊市場。國內現建有眾多的文化特色街區，但網絡多導三維實景化尚未見報道，以鎮湖刺繡文化特色街區為例擬構建網絡多導系統，以期實現相關的突破。充分應用多媒體網絡多用途導航系統，展現數字鎮湖刺繡文化特色街區，并對多導系統構建與開發進行深入研究。目的是打造蘇州特色、中國獨特以及國際知名網絡多導三維實景化平臺，將中國傳統刺繡文化弘揚出去，走向世界[1-2]。

1 網絡多導三維實景化系統概述

特色街區網絡多導三維實景化系統的開發過程是緊緊圍繞著“六導功能”來進行的，“六導”即導航、導覽、導政、導游、導購和導賞。這“六導功能”是鎮湖特色街區的核心內容，也是系統區分于其他電子商務網站的一個特色[3-5]。

導航是指通過地理信息系統的定位功能[6]使虛擬游客進入界面之后，能夠根據目錄有選擇地尋找定位自己的目標物；導覽主要使游客置身于虛擬街區之后通過鼠標自由操作游覽自己想去的店鋪；導游為用戶提供在線服務包括提供產品信息、街區店鋪的介紹，使用戶在游覽網站的同時更加了解網站的界面及服務；導政主要包括一些時事政策及新聞要務的介紹與后臺數據管理；導賞是為進入店鋪后的客戶鑒賞工藝品，提供在線虛擬專家的評估；而導購是六大系統的核心部分，為客戶提供專業的服務與引導銷售，包括營銷、支付、物流等信息，使客戶感受到網上購物的便利）。這六大系統之間相互聯系，缺一不可，并與文化街區實體完全一致，同時又有遠超實體豐富真實的多媒體的信息量。

2 網絡多導系統三維場景數據庫的構建

2.1 網絡多導系統三維實景化設計理念及設計結構

2.1.1 設計理念

三維實景化系統場景是以鎮湖當地特色建筑物為原型，模型中的一磚一瓦包括材質方面都盡最大可能地還原，再現鎮湖特色街區，既強調了畫質的美感，又保證了用戶在虛擬的空間中體會堪比現實的逛街樂趣，享受獨特體驗，如圖1所示。

2.1.2 設計結構

三維實景化系統將數據庫的信息轉換為三維場景，用于顯示三維實景、三維信息服務等，結構如圖2所示，主要分為基礎層、服務層和應用層3層。

圖1 多導系統三維界面

圖2 系統設計結構

基礎層處于整個系統的最底層，為服務層和應用層提供基本的數據支持，通過空間數據引擎連接數據庫，實現三維空間數據的快速存取和統一管理。服務層包含了大量的組件，封裝了對數據庫進行操作的功能，通過對服務層傳遞命令，在基礎層提供的數據的基礎上，為系統提供三維實景服務、三維信息服務等，在應用層中進行顯示。應用層是系統與外界交換信息的接口，當用戶在應用層發出請求后，系統會根據請求將服務層獲取的信息通過應用層反饋給用戶，滿足用戶的需求。

2.2 網絡多導系統三維實景化場景構建方法

網絡多導系統三維實景化場景需要考慮到場景逼真度和精細效果，又要考慮到三維實景化場景建模工作量和數據量。在該系統場景構建過程中基于面向對象的思想進行構建模型。面向對象的思想認為世界是由各種各樣具有自己的運動規律和內部狀態的對象所組成的，不同對象之間的相互作用構成了完整的現實世界。因此，人們應當按照現實世界這個本來面貌來理解世界，直接通過對象及其相互關系來反映世界。因此，在三維系統中必須對場景內容（見表1）進行梳理和取舍，選取最主要的要素內容作為對象進行建模，在最大限度保證場景真實性的條件下，盡量減小建模工作量和三維實景化場景的數據量。

表1 多導系統三維場景要素內容

多導系統三維場景中的三維模型可以分為源模型和顯示模型兩種。源模型是采用三維建模軟件制作的三維模型，可以編輯；顯示模型是對源模型進行格式轉換、坐標轉換等操作后的數據，用于顯示。源模型除了主文件外，還包括大量的紋理、材質文件，文件數量多，數據量大。顯示模型包括模型的屬性數據用于描述模型的名稱、地址等基本信息，以及模型的坐標、旋轉、偏移、俯仰、伸縮等定位參數。由于不同數據源采用的建模方法也不完全相同，因此，三維場景的構建必須采用多種方法的融合，通過不同要素的建模和整合，最終形成一個無縫銜接的多導系統三維實景化場景。

2.3 網絡多導系統三維實景化場景數據庫的構建

2.3.1 三維實景化空間數據庫模型設計

在進行數據庫系統模型設計時，如何將數據有條不紊地存儲，實現一體化管理，以及高效的存儲模式是解決空間數據庫系統高效運作的關鍵。模型的建立主要包括概念模型、邏輯模型和物理模型的設計[7]。

三維空間數據庫的概念模型是基于各類空間對象特征建立統一的數據模型，主要有幾何層、表達層和語義層，通過底層自治、上層統一進行調度和管理。邏輯模型主要是實現三維空間數據的有序組織，如空間哪些對象按照特征進行組織的，哪些對象按照內容進行分類組織的，哪些對象按照細節進行組織的，等等。物理模型設計主要包括確定表和索引的物理存儲參數、數據表的空間大小、系統的初始化參數等。

2.3.2 三維實景化場景數據庫建設

三維實景化場景由于覆蓋范圍廣、數據量極大，傳統的基于文件管理方式已不能滿足要求，特別在實景化場景更新時表現的尤為突出。一般的模型文件往往附帶很多附屬文件，容易造成文件丟失或誤刪除，破壞數據的完整性，因此，采用文件系統難以實現三維模型的高效管理。與文件系統相比而言，數據庫系統的優點就顯現出來，采用數據庫對模型進行管理可以較好地維護模型數據的完整性和一致性，可以實現模型數據建庫、提取、查詢等功能，結合數據庫系統提供的安全管理、數據備份恢復等機制，可以實現三維實景化模型的高效管理。

以數據庫Oracle為例，Oracle是一款關系數據庫管理系統[8-9]。它在數據庫領域一直是處于領先地位的產品。可以說Oracle數據庫系統是目前世界上流行的關系數據庫管理系統，系統可移植性好、使用方便、功能強，適用于大、中、小、微各類環境。Oracle Spatial采用擴展結構模型，作為Oracle管理空間數據的插件，是Oracle在原有純關系數據庫基礎上增加的空間數據管理層。SQL作為關系數據庫的標準語言，提供二進制對象的字段類型，可以用來存儲大量的二進制和文本數據的一種數據類型。其中BLOB類型可以存取如圖像、視頻、音頻等格式的文件，因此，Oracle可將不同類型的三維模型和紋理均以二進制格式存儲在BLOB字段中，實現三維模型的數據庫存儲。

圖3為三維場景數據庫框架圖。多導系統三維實景化場景數據采用Oracle關系數據庫來存儲三維模型數據，基于ArcGIS平臺進行管理，通過空間數據引擎ArcSDE來實現對數據的訪問和操作，這樣ArcGIS通過ArcSDE可以在DBMS中輕而易舉地管理一個共享、多用戶空間數據庫。在三維模型中，紋理圖像是獨立于模型之外的，因此，在數據庫關系表中需要設計模型與紋理的二進制存儲字段來分別存放相關數據。Oracle數據庫中通過模型表、紋理表、場景信息表等，將三維場景中的每個“部件”作為單獨對象，通過空間位置來對整個場景的所有要素進行統一管理。以模型庫為例，可以進行模型屬性表、元數據表、模型數據表的創建、刪除與關聯，歷史模型表與現勢模型表的關聯，以及模型存儲數據連接參數管理，模型加載服務參數管理等。三維系統可以通過ArcSDE來實現對整個數據的增加、刪除和更新操作，達到對三維數據管理和維護的目的。

圖3 三維場景數據庫框架圖

項目開發中，空間引擎ArcGIS Engine是為編程人員開發客戶化應用程序的組件包，它全面包含組件式GIS的類庫[8]。其中Object Libraries是一組邏輯上可編程的ArcObjects組件集合，有繪圖上的幾何類庫，GIS數據源和空間數據庫類庫等。可以在Windows、UNIX和Linux等系統平臺的集成開發環境中使用這些類庫，能夠開發出難易程序不同的應用程序。這些類庫也是用來開發ArcGIS Desktop和ArcGIS Server的類庫。這些ArcObjects庫為開發者提供了所有的ArcGIS功能，并且能夠和主流的開發環境（Visual Basic、C++、Java、.NET和C#等）很好地結合在一起。

2.3.3 數據庫管理系統建設

三維實景場景數據量非常大且類型復雜，不便于日常管理和更新維護。針對三維場景的日常更新和應用的需求，需要采用相應的數據庫管理系統對三維模型和屬性數據進行統一管理[10]，包含數據加載、查詢和交換等模塊。利用該管理系統，可以實現三維場景數據的入庫、提取和瀏覽等操作，還可對數據進行查詢、檢查和統計，并可對數據庫中的指定對象進行更新。數據庫管理系統功能模塊如圖4所示。

圖4 多導三維實景數據庫管理系統

3 結語

文章以鎮湖刺繡文化特色街區為例，擬與現代信息技術結合構建網絡多導系統，以期實現相關的O2O的突破。充分應用多媒體網絡多用途導航系統，展現數字鎮湖刺繡文化特色街區，并進行多導系統構建與深層次開發研究，通過三維系統與數據庫的有機結合，進行三維實景的仿真展示。目前，網絡多導三維實景化平臺系統會提供多種店鋪的三維展現，前期主要是以刺繡店鋪為主，發展成熟之后的目標是打造成一個集藝術品多種店鋪為一體的多元化網絡多導三維實景化電子商務平臺。

[1]萬華明，孫芳芳，蔣雪明，等.刺繡文化特色街區網絡多導系統構建[J].蘇州科技學院學報（自然科學版），2015，32（1）：41-44.

[2]萬華明，孫芳芳，蔣雪明，等.刺繡文化特色街區網絡多導系統平臺設計研究[J].蘇州科技學院學報（自然科學版），2015，32（4）：79-82.

[3]萬華明，孫芳芳，蔣雪明，等.文化特色街區網絡多導系統技術架構研究[J].蘇州科技學院學報（自然科學版），2016，33（4）：78-82.

[4]占平.我國3D電子商務技術研究現狀[J].數字技術與運用，2011（9）：24-26.

[5]萬華明，孫芳芳，蔣雪明，等.文化特色街區網絡多導系統定義與價值層次模型研究[J].蘇州科技大學學報（自然科學版），2017，34（4）：76-80.

[6]何全軍.三維可視化技術在地理信息系統中的應用研究[D].長春：吉林大學，2004.

[7]劉剛，吳沖龍，何珍文，等.地上下一體化的三維空間數據庫模型設計與應用[J].地球科學（中國地質大學學報），2011（2）：367-374.

[8]閆金路.市政管網三維可視化管理系統模型的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2008.

[9]趙中元.大城市三維地理信息系統關鍵技術[D].武漢：武漢大學，2011.

[10]張唯，郭容寰，馮琰，等.特大型城市三維現狀場景數據庫構建及三維審批應用研究[J].上海國土資源，2015（2）：66-70.